Что включает в себя газообразные примеси

Примеси в природном газе

Основные газообразные примеси в природном газе

Основными газообразными примесями в природном газе являются азот, углекислота, сероводород и гелий; эти газы называются инертными. Гелий относится к примесям, содержащимся в относительно небольших количествах, однако имеет большое практическое значение.

Присутствие в природном газе относительно больших количеств углекислоты и азота снижает его воспламеняемость и тем самым уменьшает его теплотворную способность. Эти же примеси повышают температуру горения природного газа. Предел воспламеняемости пропанового газа достигается при весовом отношении углекислоты к пропану около 8:1, а азота к пропану- около 15:1. Для бутана предел воспламеняемости наступает при достижении весовых отношений примерно 9:1 для углекислоты и 16:1 для азота. Природные газы, содержащие при высоких давлениях столь большое количество углекислоты и азота, что становятся невоспламеняемыми, иногда используются вместо пара в паровых машинах на нефтепромыслах. Негорючие природные газы известны как «воздушные» газы.

Гелий в природном газе

Гелий (Не) представляет собой легкий, бесцветный, не имеющий запаха, химически инертный элемент, в условиях нормального давления и температуры существующий в газообразной фазе. Это один из инертных газов (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон). Впервые он был обна­ружен в 1868 г. в виде неопознанной желтой линии в спектре Солнца; на Земле в качестве самостоятельного элемента гелий был открыт в 1895 г. Он содержится в атмосфере (5 ч. на млн. по объему), в некоторых урановых минералах и в газах (объемы которых поддаются измерению) некоторых рудников, фумарол и источников минеральных вод; в значительно больших количествах гелий встречается в природных газах, достигая в некоторых из них 8 об. %.

Проблема происхождения столь больших количеств гелия, этого химически инертного элемента, в месторождениях природного газа все еще не решена. Выделение гелия при распаде таких радиоактивных элементов, как уран, радий и торий, приводит к предположению, что первичным источником гелия является радиоактивность. Ионы гелия испускаются в виде положительных частиц с двойным зарядом, ядром которых служат альфа-частицы. Для заданного количества радиоактивного элемента можно рассчитать скорость излучения этих альфа-частиц, что позволяет произвести подсчет количества гелия, образующегося таким способом за определенный промежуток времени. И наоборот, «гелиевым методом» можно измерять геологический (абсолютный) возраст пород. Скорость выделения гелия различными радиоактивными элементами приводится в (табл. 1). Взяв за основу величину среднего содержания радиоактивных веществ в породах земной коры, Роджерс подсчитал, что ежегодно в них образуется от 282 до 1060 млн. куб. футов гелия. Как показал Уэлс, при умеренных температурах ‑ от 200 до 500°С ‑ проницаемость богатых кремнеземом изверженных пород для гелия значительно выше, чем для других газов. Отсюда следует, что большая часть содержащегося в осадках гелия, вероятно, образовалась в результате радиоактивного распада в изверженных породах, залегающих на небольших глубинах под гелиеносными осадочными толщами. Примечательно, что радиоактивные эманации очень хорошо растворяются в нефтях. Бойль установил, что растворимость эманации радия в очищенной нефти в 50 раз выше, чем в воде; гелий же, будучи нерастворим в нефтях, мог выделяться из них, причем его улетучивание, видимо, происходит почти с той же скоростью, что и образование.

Скорость выделения гелия различными радиоактивными элементами

Поскольку нет убедительных доказательств, что весь гелий образовался в результате распада радиоактивных веществ, многие исследователи считают, что значительные количества его, известные в земной коре, имеют изначальное происхождение. В газах, содержащих гелий, обычной акцессорной примесью является также азот; происхождение высоких содержаний азота в гелиеносных природных газах, так же как и происхождение самого гелия, можно рассматривать как изначальное (об азоте см. ниже).

Единственной страной, имевшей месторождения природного газа с содержанием гелия, рентабельным для промышленной утилизации, до сих пор были Соединенные Штаты Америки. Содержание гелия в этих месторождениях колеблется в пределах 1-8 об. %. Возможно, однако, что залежи гелиеносных газов открыты в настоящее время и в других странах.

Гелиеносный газ, обнаруженный в породах формации Урей (миссисипий и девон) на нефтегазовом месторождении Раттлснейк, Нью-Мексико, отличается необычно высо­ким содержанием азота. Данные анализа показали следующий состав этого газа (в %):

Азот в природном газе

Углекислый газ в природном газе

Полагают, что крупные залежи углекислого газа в штате Нью-Мексико и в Мексике образовались в результате вулканических эманации, а частично и в результате выделения углекислого газа при термическом воздействии изверженных пород на контакте их с известняками; подобное же выделение углекислого газа происходит в печах для обжига извести. Огромное большинство залежей Нью-Мексико, обогащенных углекислым газом, находится на расстоянии не свыше нескольких миль от районов, характеризовавшихся в недавнем прошлом высокой вулканической активностью. Причину высокого содержания углекислого газа в некоторых залежах Калифорнии усматривают в окислении углеводородов при их контактировании с минерализованными водами.

Ниже приводится анализ попутного газа (в %) получаемого вместе с нефтью из песчаников Тенслип (пенсильваний) на месторождении Уэрц-Дом в Вайоминге:

Теплотворная способность этого газа ‑ 677 британских тепловых единиц, он добывается вместе с нефтью, которая обладает плотностью 35,3°API, и содержит 1,33% серы. Обычно же теплотворная способность природного газа в среднем составляет 1075 британских тепловых единиц на1000 куб. футов.

Сероводород в природном газе

Сероводород (H₂S) ‑ бесцветный газ с характерным неприятным запахом; хорошо растворим в воде и, как правило, еще лучше в углеводородах. В единице объема воды при 0°С и давлении 1 атм растворяется 4,3 таких же объемных единиц сероводорода. Сероводород, как в виде свободного газа, так и будучи растворенным в нефти или пластовой воде, является активным агентом коррозии металлов. Он токсичен даже в небольших концентрациях: содержание 0,005% этого газа вызывает довольно острое отравление при воздействии на дыхательные пути в течение длительного времени, концентрации в 0,06-0,08% в опытах с собаками вызывали немедленное их отравление (прекращалось дыхание, сердце переставало работать и наступала смерть). Природные газы, содержащие даже небольшое количество сероводорода, непригодны для сжигания в местах, где присутствует человек. В связи с этим в ряде штатов приняты законы, по которым запрещается употребление газа, не очищенного от сероводорода, если содержание последнего превышает 20-30 гран на 100 куб.футов газа. При добыче природного газа, нефти или пластовой воды, обогащенных сероводородом, возникают следующие проблемы: 1) обеспечение безопасности людей, 2) предохранение оборудования от коррозии и 3) обработка нефти или газа в целях удаления сероводорода.

Хотя сероводород выделяется при вулканических извержениях, присутствует в газах некоторых минеральных источников и образуется при разложении органического вещества растительного или животного происхождения, можно полагать, что тот сероводород, который входит в состав природного газа и растворен в нефти, образовывался органическим или неорганическим путем при восстановлении сульфатов до сульфидов. В солоноватоводных и застойных водоемах, в которых не содержится растворенного кислорода, бактерии воздействуют на соли, имеющие в своем составе химически связанный кислород, в том числе и на сульфаты, входящие в органическое вещество, извлеченные из выветрелых минералов или растворенные в воде. Из илов солоноватоводных озер были выделены различные микроорганизмы, способные образовывать сероводород при восстановлении сульфатов до сульфидов. Сульфат-редуцирующие бактерии обнаружены также в растительном перегное, буровом растворе, в придонных водах внутренних морей, в озерных осадках, в кернах неглубоких скважин и в воде некоторых скважин, дающих нефть. Для развития подобных бактерий наиболее благоприятны температуры от 25 до 50°С.

Механизм образования сероводорода неорганическим путем в результате восстановления сульфатов можно представить уравнением

где Me ‑ металл, а С ‑ углерод, входящий в состав органического вещества. По вопросу о том, какой из двух способов образования сероводорода ‑ органический или неорганический ‑ преобладает, развернулась широкая дискуссия. Однако в настоящее время большинство исследователей склонно считать, что основным все же является бактериальный путь.

Природный газ, содержащий значительное количество сероводорода, обнаружен во многих районах; наиболее известные среди них: район Панхандл в Техасе; западный Техас; юго-восток Нью-Мексико (где газовые залежи приурочены к пермским и пенсильванским отложениям); район Тампико-Такспан в Мексике (где с высоким содержанием H₂S и СО₂ в газе связано много несчастных случаев); соляные купола провинции Галф-Кост в Техасе и Луизиане и нефтяные месторождения Ирана. Присутствие в разрезах провинции Галф-Кост и Ирана большого количества гипсов указывает на образование сероводорода в результате восстановления сульфатов под влиянием битуминозных веществ.

Исключительно высокое содержание сероводорода в природном газе обнаружено в восточном Техасе, Арканзасе и Вайоминге. Приводим данные анализов (в %) подобного газа, полученного близ Эмори в северо-восточном Техасе.

Теплотворная способность этого газа 956 британских тепловых единиц на 1000 куб. футов. Его удельный вес по воздуху 0,973. При промышленной переработке из 1 млн. куб. футов газа может быть получено 15 т серы.

Газ, растворенный в нефти, которая добывается из эоценовых мергелей на месторождении Месджеде-Солейман в Иране, содержит 40% сероводорода.

Заключение

В заключение следует еще раз подчеркнуть следующие наиболее существенные особенности пластовых флюидов:

1. Химические и физические свойства каждого из присутствующих пластовых флюидов ‑ воды, нефти и газа ‑ широко варьируют.

2. Химические и физические свойства флюидов, а также их относительное содержание в пласте оказывают существенное влияние на миграцию и аккумуляцию в залежи нефти и газа, а выявление этих характеристик имеет большое значение для эффективной эксплуатации нефтяных и газовых залежей.

Источник

Загрязнение окружающей природной среды и здоровье человека (продолжение)

Загрязнение атмосферы

ПДК является гигиеническим критерием при оценке санитарного состояния окружающей среды (атмосферного воздуха, водоемов, почвы). В Российской Федерации ПДК устанавливается для каждого вредного вещества.

К основным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, промышленные предприятия. В одних случаях воздух загрязняется газообразными примесями, в других — взвешенными частицами.

Газообразные примеси включают оксиды углерода, азота, серы и углеводороды.

Взвешенные частицы представляют собой пыль естественного и искусственного происхождения (зола, сажа, почвенная пыль). Широко используемый в строительстве асбест (его легко вдыхаемые волокна) вызывает хроническое раздражение легочной ткани, которое может привести к заболеванию раком легких.

Особую опасность представляет загрязнение тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий — практически постоянные компоненты воздуха промышленных центров. Свыше 250 тыс. т свинца ежегодно в мире выбрасывается в воздух с выхлопными газами автомобилей.

Загрязнение почв

1 Пестициды — химические и биологические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, с сорной растительностью. Пестициды, как правило, обладают токсическими свойствами, многие из них могут накапливаться в почве и поступать в организм человека через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, кожу и слизистые оболочки.

К наиболее опасным загрязнителям почв относятся ртуть, свинец и их соединения.

Ртуть поступает в окружающую среду при применении ртутьсодержащих пестицидов, которые используются для предпосевного обеззараживания семян, с отходами целлюлозно-бумажной промышленности, при производстве соды и хлора, когда в технологии применяют ртутные электроды. Отходы промышленных предприятий часто содержат металлическую ртуть, а также различные неорганические соединения ртути.

Загрязнение почв свинцом и его соединениями носит наиболее массовый и опасный характер. Соединения свинца используются в качестве антидетонационных добавок к бензину, поэтому автотранспорт является едва ли не основным источником свинцового загрязнения природной среды. Содержание свинца в почвах зависит от расположения автодорог и плотности автомобильного движения по ним. Так, например, почва вблизи крупных автомагистралей загрязнена свинцом до 1500 м от обочины.

Радиоактивные элементы могут попадать в почву и накапливаться в ней в результате выпадания осадков после атомных взрывов или при удалении жидких и твердых радиоактивных отходов промышленных предприятий или научно-исследовательских учреждений, связанных с изучением и использованием атомной энергии.

Радиоактивные изотопы из почв попадают в растения и организмы животных и человека, накапливаясь в них в определенных тканях и органах: стронций-90 — в костях и зубах, цезий-137 — в мышцах, йод-131 — в щитовидной железе и т. п.

Основными загрязнителями поверхностных вод являются нефть и нефтепродукты, которые поступают в результате естественных выходов нефти в районах залегания, нефтедобычи, транспортировки, ее переработки и использования в качестве топлива и промышленного сырья.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Газообразная примесь

Газообразные примеси попадают в металл не только в процессе плавления. Было установлено, например, что к повышению содержания кислорода ( от 0 01 до 0 05 вес. [1]

Газообразные примеси попадают в металл во время плавки из шихты, печных газов или атмосферы, растворяясь в нем непосредственно или путем предварительного образования химического соединения, растворимого в металле. При этсм газы образуются вследствие выгорания или испарения указанных веществ при соприкосновении с горячим жидким металлом и могут раствориться в последнем или механически внедриться. Наконец, газы могут быть механически захлестнуты ( из атмосферы) струей металла при слишком быстрой заливке или неудачном расположении литников и выпоров. [2]

Газообразные примеси удаляют, пропуская газ через некоторые вещества ( часто в виде растворов), вступающие в химические реакции с данной примесью и не реагирующие с основным газом. [5]

Газообразные примеси удаляют, пропуская-газ через некоторые вещества ( часто в виде растворов), вступающие в химические реакции с данной примесью и не реагирующие с основным газом. [6]

Газообразные примеси удаляют, пропуская газ через некоторые вещества ( часто в виде растворов), вступающие в химические реакции с данной примесью и не реагирующие с основным газом. [7]

Газообразные примеси неорганического происхождения более разнообразны и представлены в основном галогенами, неорганическими кислотами и сероводородом, эффективное улавливание которых требует применения различных методов очистки отходящих газов. Образование различных загрязняющих веществ этой группы свойственно всем отраслям промышленности, но практически повсеместно ( за исключением сероводорода) в небольших количествах. [9]

Газообразной примесью такого воздушного потока считаем любой газ, поступающий в него. В частности, ими могут быть те же газы, которые входят в состав шахтного воздуха. Например, для тушения подземных пожаров может использоваться азот, для чего определенное его количество выпускается в горные выработки из баллонов. В этом случае азот ( избыточный относительно азота воздуха) является газообразной примесью шахтного воздуха. [11]

Многие газообразные примеси могут взаимодействовать между собою и с аэрозольными частицами. [13]

Перенос газообразной примеси воздушным потоком может производиться путем перемешивания и увлечения. [14]

Источник

Что включает в себя газообразные примеси

Санитарная охрана атмосферного воздуха

Газообразные примеси в воздухе

Атмосферный воздух населенных пунктов, в особенности крупных промышленных городов, может загрязняться промышленными выбросами. Источниками загрязнения атмосферного воздуха газообразными примесями являются предприятия химической, коксохимической, металлургической промышленности, производство полимеров, органических растворителей, электростанции, предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и т. д., а также домовые топки и городской автотранспорт.

Атмосферный воздух населенных мест может загрязняться сернистым газом (SO₂), сероводородом (H₂S), сероуглеродом (CS₂), окисью углерода (CO), окислами азота (N₂O₅), углеводородами, хлором, свинцом, парами ртути, фосфором, марганцем, мышьяком и др.

Сернистый газ (SO₂). Из химических примесей в атмосферном воздухе чаще всего встречается сернистый газ. Количество его в дымовых газах зависит от содержания серы в топливе. Мощным источником загрязнения воздуха сернистым газом являются котельные, которые сжигают много угля, предприятия цветной металлургии, сернокислотное производство, коксохимические заводы.

Окись углерода является кровяным и общетоксическим ядом. Экспериментально и клинически установлена возможность хронического отравления окисью углерода. Наблюдения показывают, что концентрацию окиси углерода порядка 20-30 мг/м 3 можно принять за пороговую, за которой уже наблюдаются нарушения в организме, в частности в нервной системе.

Окислы азота могут попасть в атмосферный воздух в значительных oколичествах как выбросы промышленных предприятий, при производстве азотной, серной, щавелевой и других кислот, при взрывных работах и определяться на довольно большом расстоянии от предприятий (2,56 мг/м 3 на расстоянии 1 км; 1,43 мг/м 3 на расстоянии 2 км). При длительном вдыхании малых концентраций окислов азота наблюдаются бронхиты, упадок питания, анемия, разрушение зубов, расстройство желудочной секреции, активизируется туберкулезный процесс, ухудшается течение сердечных заболеваний.

Заводы по производству сероуглерода и вискозы могут быть источником загрязнения атмосферного воздуха сероуглеродом (слабый запах сероуглерода ощущается при концентрации 0,05 мг/м 3 воздуха). Атмосферный воздух может загрязняться и высокотоксическими веществами (пары ртути, свинец, фосфор, мышьяк и т. д.).

Механические примеси в воздухе

Рис. 11. Выбросы промышленных предприятий

Со степенью дисперсности пыли, определяющей, таким образом, поведение ее в воздухе, связана и судьба пыли в дыхательных путях. Пылевые частицы размером 10 мкм и больше задерживаются в верхних дыхательных путях (нос, носоглотка, трахея, крупные бронхи), пылинки меньше 10 мкм проникают в альвеолы и там задерживаются, оказывая патологическое действие на организм в зависимости от характера пыли. Наибольшую опасность в этом отношении представляет пыль с размером частиц меньше 5 мкм. Более крупные пылинки, по-видимому, выпадают из струи вдыхаемого воздуха, не достигая альвеол. Пылинки размером меньше 0,1 мкм на 64-77% задерживаются в легких, а не выводятся из них током выдыхаемого воздуха, как принято было считать.

Вместе с тем имеется ряд обстоятельств, препятствующих оседанию пыли в дыхательном аппарате: разность температур вдыхаемого воздуха и стенок дыхательных путей, испарение влаги с этих стенок, способствующее отталкиванию пылевых частиц и т. д.

Вблизи промышленных предприятий там, где не применяются пылезащитные установки (пылеулавливающие), атмосферный воздух содержит в основном пылевые частицы небольших размеров. В пыли электростанций, загрязняющей атмосферный воздух, содержатся пылинки следующих размеров:

Гигиеническая характеристика загрязнения атмосферного воздуха

Газообразные вещества и пыль атмосферного воздуха, превышая допустимые уровни, оказывают вредное воздействие на организм.

В продуктах неполного сгорания каменного угля, нефти установлено наличие канцерогенных соединений, вызывающих в эксперименте рак у мышей. В каменноугольной смоле обнаружено большое количество канцерогенных веществ, из которых сильнодействующими являются 3,4-бензпирен, 1,2- и 5,6-дибензантрацен. Многие авторы связывают рост удельного веса рака легких среди городского населения с наличием канцерогенных веществ в саже, содержащейся в атмосферном воздухе.

Имеются указания на то, что в задымленных районах Цинциннати рак легких встречается в 4 раза чаще, чем в малозадымленных. В промышленных городах ФРГ и США отмечается повышенная заболеваемость органов дыхания (фарингиты, бронхиты, трахеиты) и др.

В известных метеорологических условиях вследствие поступления в атмосферу окислов серы при сжигании топлива наблюдались токсические туманы, вызывающие расстройство дыхания и сердечно-сосудистой деятельности.

В декабре 1962 г. в Лондоне наблюдался туман, который сопровождался повышенной смертностью населения, особенно детей раннего возраста и лиц старше 55 лет. Наблюдения показали, что в туманные дни с 5 по 8 декабря в атмосферном воздухе резко повысилась концентрация сажи и сернистого газа, адсорбируемых водяными парами (в 10 раз более обычных).

С 1 по 5 декабря 1930 г. под Льежем (Бельгия) было зарегистрировано несколько тысяч случаев отравления среди населения, из них 70 смертных, вследствие того что выпускаемые в воздух сернистый газ и фтористый водород в связи с сильным туманом достигли опасных концентраций. Загрязнение атмосферы городов иногда является следствием фотохимических реакций углеводородов и окислов азота.

Газообразные вещества, загрязняющие атмосферный воздух, могут вызывать хроническое отравление. Не исключена возможность понижения резистентности организма к инфекционным заболеваниям в результате длительного вдыхания небольших концентраций ядовитых веществ, находящихся в атмосферном воздухе. Нельзя не учитывать и вредного воздействия неприятных ощущений, связанных с распространением запахов таких газов, как сероуглерод, сероводород, сернистый и серный ангидрид, хлор и др., а также действия на организм аллергенов, присутствие которых в атмосферном воздухе в ряде случаев не исключено. Не может не сказаться на здоровье населения и влияние аэрозолей тяжелых металлов (свинец, цинк), если они постоянно и в значительном количестве присутствуют в атмосферном воздухе. Экспериментально установлено, что в районе выбросов медеплавильного завода в организме животных происходит накопление свинца.

Пыль атмосферного воздуха может содержать известное количество свободной SiO₂. Обычно возможность возникновения бытового силикоза среди городского населения маловероятна вследствие сравнительно невысокой запыленности воздуха городов. Однако в населенных местах вблизи мощных электростанций возможность пресиликотических изменений не исключена.

К этому нужно добавить, что содержание пыли в атмосферном воздухе городов обусловливает потери части солнечной радиации, которая поглощается пылевыми частицами. Так, интенсивность солнечной радиации в городах на 15-25% ниже, чем в сельских местностях. Эта потеря происходит также за счет ультрафиолетовой части солнечной радиации, за счет лучей с длиной волны от 315 до 290 ммк, имеющих большое значение для роста и жизнедеятельности организма, особенно в детском возрасте. Путем эксперимента на белых крысах установлено, что потеря 15-25% ультрафиолетовых лучей приводит к повышению уровня фосфатазы и понижению фосфора, т. е. к явлениям, идущим параллельно с тяжестью рахита.

Запыленность атмосферного воздуха уменьшает общую освещенность и способствует образованию туманов. Так, освещенность рассеянным светом в промышленных районах крупного города на 40-50% меньше, чем в его окрестностях.

Пылевые примеси воздуха могут способствовать образованию туманов в силу их способности превращаться в ядра конденсации водяных паров. В результате этого в такой местности увеличивается количество пасмурных дней, а следовательно, возрастает и неблагоприятное воздействие климата на население (недостаточность солнечных дней, понижение общей освещенности, высокая влажность воздуха и т. д.).

В крупных городах отмечается глазной травматизм вследствие попадания в глаз угольной пыли.

Промышленные выбросы (пыль, сернистый газ) оказывают неблагоприятное влияние на растительность, причем это влияние иногда распространяется на очень далекие (до 25 км) расстояния от предприятия.

Пыль и сажа, содержащиеся в атмосферном воздухе, проникают в жилище и, естественно, ухудшают санитарные условия жизни населения, проживающего в районе выбросов промышленных предприятий.

Мероприятия по санитарной охране атмосферного воздуха. Забота о здоровье населения выдвигает требования борьбы с загрязнением атмосферного воздуха.

Всесоюзная государственная санитарная инспекция утвердила предельно допустимые концентрации веществ в атмосферном воздухе населенных мест (табл. 4).

Таблица 4. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (СН 245-63)

Санитарно-технические мероприятия направлены на обеспечение очистки промышленных выбросов от пыли и газов, загрязняющих атмосферный воздух. Для улавливания пыли и золы существуют различные устройства от простых (пылеотстойные камеры) до более или менее сложных (циклон, мультициклон, различного рода золоулавливатели и т. д.).

Для сероочистки предложено несколько методов (магнезитовый, известковый, аммиачный и др.), основанных на улавливании сернистого газа, причем наиболее совершенные из них позволяют очистить воздух от сернистого газа на 98-99%. К важным мероприятиям по охране атмосферного воздуха относятся запрещение строительства в селитебной зоне предприятий, загрязняющих атмосферный воздух, размещение их на специальных промышленных площадках с учетом направления господствующих ветров, соблюдение установленных санитарными нормами (CH 245-63) разрывов между промышленными предприятиями и жилыми кварталами, широкое и массовое озеленение городов, их благоустройство и рациональная санитарная очистка.

Источник